DE3430159A1

DE3430159A1 - Aluminiumstabilisierter supraleitender draht

Info

Publication number: DE3430159A1
Application number: DE19843430159
Authority: DE
Inventors: Katsuzo Aihara; Toshinari Ando; Masataka Mito Nishi; Susumu Ibaraki Shimamoto; Naofumi Hitachi Tada; Yoshikazu Ibaraki Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1983-08-15
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1985-03-07
Also published as: US4652697A; JPS6039705A; JPH0261764B2; DE3430159C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen supraleitenden Draht, insbesondere einen aluminiumstabilisierten supraleitenden Draht aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten, der eine überlegene
Stabilität aufweist.

Ein supraleitender Draht aus feinen Nb₃Sn-MuItXfilamenten wird für die Drähte eines supraleitenden Magnets verwendet, der ein starkes Magnetfeld von 10 Tesla oder mehr erzeugen kann. Das gebräuchlichste Beispiel für einen supraleitenden Draht aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten ist in Fig. 1a und 1b gezeigt. Dieser supraleitende Draht 1 hat ein Kupferglied 6, in dem mehrere Bündel 5 eingebettet sind, von denen jedes aus einer Vielzahl von feinen Nb₃Sn-Filamenten 3
besteht, die in einerCu-Sn-Bronze 2 eingebettet sind, die ihrerseits von einer Diffusionssperrschicht 4 umhüllt ist. Fig. 1a zeigt ein Beispiel für einen supraleitenden Draht aus feinen Nb₃Sn-MuItXfilamenten und mit einem kreisförmigen ■ Querschnitt. Fig. 1b zeigt ein Beispiel einer derartigen
Drahts mit einem rechteckigen Querschnitt.

Im Hinblick auf die technische Auslegung hat das feine
Nb₃Sn-Filament 3 im allgemeinen einen Durchmesser von einigen Mikrometern (μΐη) , während die Anzahl der in einem Bündel 5 enthaltenen feinen Nb₃Sn-Filamenten von mehreren Zehn bis zu mehreren Tausend beträgt.Ferner beträgt die Anzahl der in einem Draht 1 enthaltenen Bündel mehrere bis zu mehrere hundert Bündel. Zur Erzielung einer hohen elektromagnetischen Stabilität enthält der supraleitende Draht für gewöhnlich ein metallisches Material mit einem geringen spezifischen elektrischen Widerstand als stabilisierendes Material. In den supraleitenden Drähten von Fig. 1a und 1b dient das
Kupferglied 6 als Stabilisierungsmaterial. Im allgemeinen wird als Material für das Kupferglied 6 sauerstoffreies
Kupfer verwendet.

Bei einem Verfahren zur Herstellung des Drahts 1 ist zur Bildung von Nb₃Sn eine Diffusionswärmebehandlung erforderlich. Während der Diffusionswärmebehandlung ist das Sn in der Cu-Sn-Bronze 2 bestrebt, in das Kupferglied 6 zu diffundieren, wodurch es das Kupfer verunreinigt. Dies wird jedoch durch die Diffusionssperrschicht 4 verhindert.

Bei der Herstellung eines supraleitenden Magnets wird als stabilisierender Parameter ein Faktor α verwendet, der durch die folgende Formel (1) gegeben ist:

wobei:

Pst- spezifischer elektrischer Widerstand des stabilisierenden Materials,

Id : elektrischer Strom im supraleitenden Magnet,

A , : ' Querschnittsfläche des stabilisierenden Materials,

ρ : wirksame Umfangslänge der Kühlfläche, g : Wärmefluß von der Kühlfläche.

Je kleiner der Wert des aus der Formel (1) erhaltenen Faktors α ist, umso größer ist die Stabilität. Insbesondere wenn der Wert des Faktors α kleiner als 1 ist, wird ein als völlig stabilisierter Zustand bezeichneter Zustand erzielt, in dem die Kühlenergie die Stromwärme selbst dann übersteigen kann, wenn der supraleitende Zustand unterbrochen ist.

Nun kann ein kleinerer Wert für den Faktor α erzielt werden durch Verwenden eines Materials mit einem kleinen spezifischen elektrichen Widerstand ρ . der Formel (1), vorausgesetzt, daß die geometrische Größe konstant ist. Da der spezifische elektrische Widerstand bei Supraleitungstemperaturen von hochreinem Aluminium (Reinheit von über 99,99 %) so klein ist wie 1/5 bis 1/10 desjenigen des sauer-

stoffreien Kupfers, wenn anstatt des sauerstoffreien Kupfers hochreines Aluminium als stabilisierendes Material verwendet wird, ist die elektromagnetische Stabilität extrem verbessert. Da aber das hochreine Aluminium stark verformbar ist, stellt sich das Problem, daß zwischen ihm und den anderen Bestandteilen ein zu großer Unterschied in der plastischen Verarbeitbarkeit besteht, wenn ein Verbundkörper, wie der aus feinen Multifilamenten bestehende supraleitende Draht, einer Bearbeitung, wie dem Ziehen, unterworfen wird. Somit hat dieses Problem die Herstellung des durch Aluminium stabilisierten supraleitenden Drahts aus feinen Multifilamenten stark eingeschränkt.

Fig. 2a und 2b zeigen bisher bekannte Beispiele für einen aluminiumstabilisierten supraleitenden Draht aus feinen Multifilmamenten. Fig. 2a zeigt insbesondere einen Querschnitt eines aluminiumstabilisierten supraleitenden Drahts 9 aus aus einem Legierungssystem bestehenden Multifilamenten, in dem mehrere Filamente 8 einer supraleitenden Legierung, z. B. Nb-Ti, Nb-Ti-Zr oder dgl., im hochreinen Aluminiumglied 7 eingebettet sind. Fig. 2b zeigt einen Querschnitt eines aluminiumstabilisierten supraleitenden Drahts 9 aus aus einem Legierungssystem bestehenden feinen Multifilamenten, bei dessen Aufbau mehrere Drähte 10 aus aus einem Legierungssystem bestehenden feinen Multifilamenten mit mehreren hochreinen Aluminiumdrähten 11 miteinander verseilt und durch ein Lötmittel 12, etwa Pb-Sn, vereinigt sind. Jeder der Drähte 10 hat eine Vielzahl von aus einer supraleitenden Legierung bestehenden Filamenten 8, die im Kupferglied 6 eingebettet sind.

Gemäß Fig. 2a und 2b gehören alle aluminiumstabilisierten supraleitenden Drähte aus feinen Multifilamenten zu den aus einem Legierungssystem bestehenden Supraleitern und sind nicht von dem Typ, in welchem der Nb-. Sn-Supraleiter durch Aluminiumstabilisiert ist. Die Gründe, warum ein solcher supraleitender Draht, d. h. ein solcher, bei dem der

NboSn-Supraleiter durch Aluminium stabilisiert ist, bisher nicht hergestellt wurde, beruhen auf den folgenden Tatsachen. Wenn zum Beispiel die Konstruktion von Fig. 2a auf den supraleitenden Draht aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten angewendet würde, d. h. wenn das Kupferglied 6 in Fig. 1a oder 1b durch ein Aluminiumglied ersetzt würde, würden die folgenden Probleme entstehen: (1) Da ein großer Unterschied in der plastischen Verarbeitbarkeit zwischen dem Aluminiumglied und den anderen Bestandteilen besteht, ist es sehr schwer, ein ausreichendes Ziehen des Verbundkörpers auszuführen, um die beabsichtigten feinen Multifilamente aus Nb-Sn zu erzielen; (2) wenn der gezogene Verbundkörper zur Bildung des Nb.,Sn-Supraleiters einer Diffusionswärmebehandlung bei 6 00 bis 8 00 ⁰C unterworfen wird, wird das Aluminiumglied geschmolzen oder erweicht, wodurch es dem Verbundkörper unmöglich gemacht wird, seine Form einzubehalten. Wenn ferner beispielsweise die Konstruktion von Fig. 2b auf den supraleitenden Draht aus feinen Nb-Sn-MuItifilemanten angewendet würde und die Aluminiumdrähte 11 mit den supraleitenden Drähten 10 aus feinen Nb^Sn-Multifilamenten miteinanderverseilt würden, würde auf die letzteren eine hohe Belastung ausgeübt werden, was deren supraleitende Eigenschaften ernst beeinträchtigen und sie unbrauchbar machen würde.

Ein Beispiel für einen supraleitenden Draht, in dem der NboSn-Supraleiter durch Aluminium stabilisiert ist, ist angegeben in einem Artikel "ALUMINIUM-STABILIZED Nb₃Sn-MULTIFILAMENTARY WIRE FOR A HIGH-FIELD-PULSE-MAGNET" von F. Irie et al. in PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL CRYOGENIC MATERIALS CONFERENCE, Kobe, Japan, 11. bis 14. Mai 1982, Seiten 477 bis 479. Dieser supraleitende Draht hat jedoch einen Querschnittsaufbau, bei dem der Kern aus NboSn-Filamenten von Aluminium umgeben ist, so daß es sehr schwierig ist, ihn einer geeigneten Ziehbearbeitung zu unterwerfen, da das Aluminium eine weitaus bessere plastische Verarbeitbarkeit als der Kern hat.

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines aluminiumstabilisierten supraleitenden Drahts aus feinen Nb₃Sn-Multifilamenten, der die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruch 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen.

Fig. 1a und 1b Querschnitte von Beispielen herkömmlicher supraleitender Drähte aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten;

Fig. 2a und 2b Querschnitte von Beispielen herkömmlicher aluminiumstabilisierter supraleitender Drähte aus einem Legierungssystem;

Fig. 3a und 3b Querschnitte von Beispielen von aluminiumstabilisierten supraleitenden Drähten aus feinen Nb₃Sn-MuItifilamenten nach der Erfindung;

Fig. 4 einen Querschnitt zur Darstellung eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung des aluminiumstabilisierten supraleitenden Drahts aus feinen Nb₃Sn-MuItifilamenten nach der Erfindung;

Fig. 5 einen Querschnitt eines aluminiumstabilisierten supraleitenden Drahts aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung und hergestellt durch das Verfahren gemäß Fig. 4;

Fig, 6 eine graphische Darstellung zur Darstellung der durch die Erfindung erzielten Wirkung;

Fig. 7 einen Querschnitt einer abgeänderten Ausfuhrungsforrc eines aluminiurastabilisierten supraleitenden Dxahts aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten nach der Erfindung.

Fig. 3a und 3b zeigen im Querschnitt Beispiele der Grundkonstruktion von aiuminiumstabilisierten supraleitenden Drähten nach der Erfindung. Fig. 3a zeigt einen supraleitenden Draht mit kreisförmigem Querschnitt, während Fig. 3b einen supraleitenden Draht mit rechteckigem Querschnitt zeigt. Jeder der aiuminiumstabilisierten supraleitenden Drähte von Fig. 3a und 3b hat ein Kupferglied 6, in dem mehrere Bündel 5 eingebettet sind. Jedes Bündel besteht aus einer Vielzahl von feinen Nb₃Sn-Filamenten 3, die in einer Cu-Sn-Bronze 2 eingebettet sind, die ihrerseits von einer Diffusionssperrschicht 4 umhüllt, ist, Zusätzlich befindet sich ein von einer Diffusionssperrschicht 13 umschlossenes Aluminiumglied 7 im mittleren Bereich des supraleitenden Drahts.

Im folgenden wird in Verbindung mit Fig. 4 ein Beispiel für ein Verfahren beschrieben, das sich zur Herstellung des aluminiumstabilisierten supraleitenden Drahts aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten nach der Erfindung eignet.

In einem ersten Schritt wird ein Verbundkörper 15 durch Ziehen eines Aufbaus hergestellt, der aus einem sauerstoff reien Kupferrohr 14, einer rohrförmigen Diffusionssperrschicht 13 und einem stabförmigen Aluminiumglied 7 besteht. Inzwischen sind mehrere Verbundkörper 17 hergestellt, von denen jeder aus folgendem besteht: mehreren linearen in die Cu-Sn-Bronze 2 eingebetteten Niobgliedern 16, einer die Bronze 2 umgebenden Diffusionssperrschicht 4 und einem die Diffusionssperrschicht 4 umgebenden sauerstoff reien Kupferrohr 14.

Die Verbundkörper 17 werden zusammen mit dem Verbundkörper

in einem sauerstofftfeien Kupferrohr 18 zusammengelegt und bilden einen Verbundkörper 19, der seinerseits zu einem Draht von gewünschter Form mit geringerem Durchmesser gezogen wird. Der gezogene Draht wird dann einer Diffusionswärmebehandlung unterworfen zur Herbeiführung einer Reaktion zwischen den Niobgliedern 16 mit dem in der Cu-Sn-Bronze 2 enthaltenen Sn, wodurch Nb-.Sn gebildet wird. Im allgemeinen wird die Diffusionswärmebehandlung für die Drähte aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten bei 600 bis 800 ⁰C 50 bis 200 Stunden lang durchgeführt. Bei der Herstellung des supraleitenden Drahts nach der Erfindung ist es jedoch wegen der Verwendung des Aluminiums erwünscht, daß die Erhitzungstemperatur unter der Schmelztemperatur von 66 0 ⁰C des Aluminiums liegt. Nach dem Ziehvorgang werden die sauerstoff reien Kupferrohre 14 und 18 zum Kupferrohr 6 von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt eines weiteren Beispiels des Drahts nach der Erfindung, hergestellt nach dem in Verbindung mit Fig. 4 erläuterten Verfahren. Bei diesem Beispiel wird eine Vielzahl von Verbundkörpern 17 zwischen dem Verbundkörper 15 und dem sauerstoffreien Kupferrohr 18 in Schichten angeordnet. Der Verbundkörper 19 wird so gezogen, daß er nach dem Ziehen eine im allgemeinen sechseckige Querschnittsform hat. Nachfolgend wird der Außenumfang des Kupferglieds 6 in geeigneter Weise so fertigbearbeiten daß das Endprodukt einen kreisförmigen Querschnitt hat.

Bei der Erfindung hat die Diffusionssperrschicht 13 zwei wichtige Aufgaben.Die erste Aufgabe besteht in der Verhinderung einer Verunreinigung von Aluminium auf Grund der Reaktion mit Kupfer während der Diffusionswärmebehandlung, wodurch die hohe Reinheit des Aluminiums gewährleistet ist, die zur Erzielung einer hohen Stabilisierungswirkung wichtig ist. Aus diesem Gesichtspunkt ist es erforderlich, daß die

Diffusionssperrschicht aus einem Material besteht, das.mit Kupfer und Aluminium nur schwer reagiert. Beispiele für geeignete Materialien sind Nb, Ta, eine Legierung auf Nb-Basis und eine Legierung auf Ta-Basis. Es ist nicht immer erforderlich, daß das Material der Diffuionssperrschicht 13 mit dem Material der Diffusionssperrschicht 4 identisch ist. Die zweite Aufgabe der Diffusionssperrschicht 13 besteht in der Entlastung der Wärmekontraktionsbelastung, die sonst den Nb₃Sn-Filamenten auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungs- und Wärmekontraktionskoeffizienten der anteilen Materialien erteilt würde. Im Fall eines supraleitenden Drahts aus feinen Nb_Sn-Multifilamenten entsteht ein Unterschied der Wärmekontraktionskoeffizienten von etwa 1 % zwischen Bronze und dem Nb₃Sn-FiIament während der Abkühlung des Drahts von der Diffusionswärembehandlungstemperatur auf die Temperatur von 4,2 ⁰K des flüssigen Heliums. Dieser Unterschied übt auf das Nb^Sn-Filament eine Druckbelastung aus, die ihrerseits das Niveau des kritischen Stroms auf ein unbrauchbares Niveau herabsetzt. Für einen praktischen Gebrauch des supraleitenden Drahts sollte die Druckbelastung 0,4 % nicht übersteigen. Andererseits hat Aluminium einen noch größeren Wärmekontraktionskoeffizienten, der um etwa 0,5 % größer als derjenige von Bronze ist. Falls keine Diffusionssperrschicht 13 vorhanden wäre, würde daher die auf das Nb~Sn-Filament ausgeübte Druckbelastung noch weiter erhöht werden. Die Diffusionssperrschicht hat im allgemeinen eine hohe mechanische Festigkeit und einen kleinen Wärmekontraktionskoeffizient. Das Vorsehen der Diffusionssperrschicht wirkt daher in der Weise, daß die durch das Aluminium auf das Nb Sn-Filament ausgeübte Druckbelastung entlastet wird.

Um die bei Anwesenheit von Aluminium auf das Nb₃Sn-Filament ausgeübte Druckbelastung unter 0,4 % zu halten, müssen die Bedingungen so gewählt werden, daß der folgenden Formel (2) genügt wird:

⁰Al. _r (2)

m = ~———Tr—

wobei :

Eg : Elastizitätsmodul des Materials der Diffusionssperrschicht 13 bei 4,2 ⁰K,

& : Druckbelastung der Diffusionssperrschicht,

σ,-, : Plastif izierungsspannung in Aluminium bei 4,2 ⁰K,

m : Verhältnis der Querschnittsflächen zwischen der Diffusionssperrschicht und dem Aluminiumglied 7.

Der Elastizitätsmodul E beträgt praktisch 17 000 kg/mm Die Druckbelastung ε_β und die Plastifizierungsspannung σ_Α1 betragen praktisch 0,004 bzw. 2 kg/mm². In einem solchen Fall wird das Verhältnis m aus der Formel (2) zu m ^ 0,03 berechnet.

Im Hinblick auf die Aufgabe der Erfindung ist es erforderlich, daß der zusammengesetzte spezifische elektrische Widerstand der Diffusionssperrschicht und des Aluminiums kleiner als derjenige von Kupfer ist. Da das Material der Diffusionssperrschicht im allgemeinen einen spezifischen elektrischen Widerstand hat, der weitaus größer als derjenige von Aluminium und Kupfer ist, muß der folgenden Formel (3) genügt werden:

^pCu
m < ^LU (3)

wobei P und ^p die spezifischen elektrischen Widerstandswerte von Kupfer bzw. Aluminium darstellten.

Für gewöhnlich wird der spezifische elektrische Widerstand erhöht, wenn die Magnetfeldstärke erhöht wird. Zum Beispiel haben Kupfer und Aluminium spezifische elektrischer Wider-

—8 —8

standswerte von 4x10 flcm bzw. 1x10 ftcm unter dem

Einfluß eines Magnetfelds von 10 Tesla. Wenn die Magnetfeldstärke weiter erhöht wird, ändert sich der spezifische elektrische Widerstand von Aluminium kaum, während der spezifische elektrische Widerstand von Kupfer weiter ansteigt und ein Nireau von 5x10 ficm erreicht, wenn die Magnetfeldstäcke zum Beispiel 12 Tesla erreicht. Da der aluminiumstabilisierte Draht aus feinen Multifilamenten bei einer Magnetfeldstärke von mindestens 10 Tesla verwendet wird, wird ein Zustand von m < 3 erreicht durch Einsetzen derWerte für den spezifischen elektrischen Widerstand bei 10 Tesla in die Formel (3).

Im folgenden werden praktische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Ein aluminiumstabilisierter supraleitender Draht aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten mit einer Konstruktion von Fig. 3a wurde durch das oben in Verbindung mit Fig. 4 erläuterte Verfahren hergestellt. Die Nb-Diffusionssperrschicht 4 jedes Bündels 5 nahm 331 feine Nb^Sn-Filamente 3 auf mit einem Durchmesser von jeweils etwa 4 μΐη. 59 Bündel 5 waren in einem sauerstoff reien Kupferglied 6 eingebettet. Die Diffusionssperrschicht 13 wurde aus Nb gebildet und hatte einen Außendurchmesser von 0,68 mm. Ein hochreines Aluminium mit einer Reinheit von 99,995 % wurde als Aluminiumglied 7 verwendet, dessen Durchmesser 0,66 mm betrug. Somit wurde aus diesen Abmessungen die Querschnittsfläche der Diffusionssperrschicht und des Aluminiumglieds zu 0,021 mm² bzw. 0,342 mm² berechnet. Somit beträgt das Verhältnis m der Querschnittsflächen 0,06. Der aluminiumstabilisierte supraleitende Draht 20 nach der Erfindung hatte einen Außendurchmesser von 1,5 mm, während die Querschnittsfläche des Kupferglieds 6 0,527 mm² betrug . Die Diffuionswärmebehandlung wurde bei 630 ⁰C 200 Stunden lang durchgeführt.

Zur Bestätigung der Wirkung der Erfindung wurde ein Versuch ausgeführt unter Verwendung der aluminiumstabilisierten, supraleitenden Drähte aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten und

herkömmlicher Drähte aus feinen Nb^Sn-Multifilamenten, die durch Aluminium nicht stabilisiert sind. Im einzelnen wurden die bei diesem Versuch verwendeten herkömmlichen supraleitenden Drähte hergestellt durch Anordnen des Kupferglieds 6 anstelle des Aluminiumglieds 7 und der Diffusionssperrschicht 13 in den supraleitenden Drähten der Erfindung. Dieselben Größen und Bedingungen der Diffusionswärmebehandlung finden Anwendung bei den supraleitenden Drähten nach der Erfindung und den herkömmlichen supraleitenden Drähten. Somit betrug die Querschnittsfläche des Kupferglieds in jedem der herkömmlichen Drähte 0,89 mm².

Der Versuch wurde ausgeführt durch Anordnen einer Probe von 15 cm Länge in flüssigem Helium von 4,2 ⁰K, durch Ausüben eines Magnetfelds von 10 Tesla auf die Probe senkrecht zu deren Längsrichtung von außen und durch Messen der Beziehung zwischen dem in der Probe fließenden elektrischen Strom und der zwischen den Klemmen herrschenden Spannung bei Erhöhung des elektrisches Stroms. Der Abstand zwischen den Klemmen wurde zu 5 cm gewählt. Das Ergebnis dieses Versuchs ist in Fig. 6 dargestellt. In Fig. 6 stellt die ausgezogene Linie (I) die Eigenschaften des supraleitenden Drahts nach der Erfindung dar, während die ausgezogene Linie (II) die Eigenschaften des herkömmlichen supraleitenden Drahts darstellt. Die gestrichelten Linien (III) und (IV) zeigen die Widerstandswerte von 2,2 χ 10~ Ω/cm bzw. 4,8 χ 10 Ω/cm des Stabilisierungsmaterials. Da die Probe anfänglich im supraleitenden Zustand gehalten wird, ist der Widerstand gleich Null, d. h. bei der beginnenden Periode der Zunahme des elektrischen Stroms tritt zwischen den Klemmen keine Spannung auf. Wenn jedoch der elektrische Strom einen gegebenen Schwellwert übersteigt, tritt zwischen den Klemmen eine Spannung auf. Dieser Schwellwert des elektrischen Stroms wird im allgemeinen als kritischer Strom bezeichnet. Eine weitere Zunahme des elektrischen Stroms verursacht einen Nebenschlußstrom durch das Stabili-

sierungsmaterial. Schließlich strömt der gesamte elektrische Strom durch das Stabilisierungsmaterial.

Gemäß Fig. 6 zeigt der supraleitende Draht nach der Erfindung einen kritischen Strom von etwa 500 A, der im wesentlichen gleich demjenigen (480 A) des herkömmlichen supraleitenden Drahts ist. Der Widerstandswert des Stabilisierungsmaterials wurde aus dem Spannungsabfall in Beziehung zum elektrischen Strom gemessen, wenn der gesamte elektrische Strom durch das Stabilisierungsmaterial fließt. Die Messung bewies, während das Stabilisierungsmaterial im herkömmlichen supraleitenden Draht einen Widerstandswert von 4,8 χ 10 Ω/cm hatte, daß der supraleitende Draht nach der Erfindung einen Widerstandswert von 2,2 χ 10 Ω/cm hatte, was weniger als die Hälfte des ersteren ist. Aus diesem Versuchsergebnis ist ersichtlich, daß die Erfindung einen aluminiumstabilisierten supraleitenden Draht aus feinen Nb₃Sn-MuItIfilamenten mit extrem hoher Stabilität liefert.

Als nächstes wird eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Die gegenwärtige Suche nach neuen Energiequellen wurde auch auf die Erforschung und Entwicklung eines Kernfusionsreaktors gerichtet. Bekanntlich erfordert ein Kernfusionsreaktor eine Plasma-Einschließung, die ihrerseits einen supraleitenden Magnet erfordert. Das supraleitende Kabel für den Magnet muß eine hohe elektrische Stromfestigkeit von einigen 10 oder 1000 A haben. Zusätzlich muß aus Sicherheitsgründen das supraleitende Kabel vollkommen stabilisiert sein.

Ein solches vollkommen stabilisierte supraleitendes Kabel mit einer hohen elektrischen Stromfestigkeit kann unter Anwendung der Erfindung leicht hergestellt werden. Fig.

zeigt den Querschnitt eines Beispiels eines supraleitenden Kabels 22 mit einer hohen elektrischen Stromfestigkeit, das durch die Anwendung der Erfindung hergestellt ist. Diese Kabel 22 besteht aus 45 Teilen von aluminiumstabilisierten supraleitenden Drähten 20 aus feinen Nb₃Sn-MuItI-filamenten nach der Erfindung, die miteinander verseilt und in einem Gehäuse 21 aus nichtrostendem Stahl so angeordnet sind, daß sie einen leeren Raum 23 freilassen, der den Durchtritt für flüssiges Helium bildet. Die Erläuterung dieser abgeänderten Ausführungsform soll die Tatsache angeben, daß es bei Verwendung der Drähte nach der Erfindung möglich ist, die elektrische Stromfestigkeit leicht zu erhöhen. Wenn zum Beispiel die Drähte nach der Erfindung . der obigen Ausführungsform verwendet werden, kann ein Hochleistungskabel mit einer kritischen elektrischen Stromstärke von 22 550 A unter einem Magnetfeld von 10 Tesla erhalten werden.

Aus der obigen Beschreibung der Ausführungsformen ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Erfindung einen aluminiumstabilisierten supreleitenden Draht aus feinen Nb₃Sn-MuItI-filamenten liefert, der eine extrem hohe Stabilität hat und es ermöglicht, die elektrische Stromfestigkeit ohne weiteres zu erhöhen.

Claims

BEETZ & PARTNER 8 1-36 .59oP(36 .59 IH) 16. Aug. 198 Steinsdorfstr. 10,80.00 München 22 3430153

1. HITACHI, LTD. Tokyo, Japan

2. JAPAN ATOMIC ENERGY RESEARCH INSTITUTE

Tokyo, Japan

Aluminiumstabilisierter supraleitender Draht

Ansprüche

1. Aluminiumstabilisierter supraleitender Draht, gekennzeichnet

- durch ein Aluminiumglied (7),

- durch ein Kupferglied (6) und

- durch eine zwischen dem Aluminiumglied (7) und dem Kupferglied (6) gebildete erste Diffusionssperrschicht

(13) ,

- wobei das Kupferglied (6) enthält: mehrere Bündel, von denen jedes eine Vielzahl von feinen Filamenten aus Nb₃Sn aufweist, die in eine Kupferlegierung eingebettet sind, und eine die Kupferlegierung umgebende ■zweite Diffusionssperrschicht (4).

2. Draht nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das Verhältnis m der Querschnittsflächen der ersten Diffusionssperrschicht (13) und des Aluminiumglieds (7) zu 0,03 S m< 3 gewählt ist.

81-A8954-02

3. Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Aluminiumglied (7) sich im Mittelteil des Drahts befindet.